Physics issues and simulation of the JT-60 SA divertor for large heat and particle handling

大きな熱流と粒子流を処理するJT-60SAダイバータでの物理課題とシミュレーション

朝倉 伸幸; 川島 寿人; 清水 勝宏; 櫻井 真治; 藤田 隆明; 竹永 秀信; 仲野 友英; 久保 博孝; 東島 智; 林 孝夫; 鎌田 裕; 井手 俊介; 菊池 満; 高瀬 雄一*; 上田 良夫*; 大野 哲靖*; 坂本 瑞樹*; Gruber, O.*; Kallenbach, A.*; Grosman, A.*; Lipa, M.*

Asakura, Nobuyuki; Kawashima, Hisato; Shimizu, Katsuhiro; Sakurai, Shinji; Fujita, Takaaki; Takenaga, Hidenobu; Nakano, Tomohide; Kubo, Hirotaka; Higashijima, Satoru; Hayashi, Takao; Kamada, Yutaka; Ide, Shunsuke; Kikuchi, Mitsuru; Takase, Yuichi*; Ueda, Yoshio*; Ono, Noriyasu*; Sakamoto, Mizuki*; Gruber, O.*; Kallenbach, A.*; Grosman, A.*; Lipa, M.*

JT-60SAでは最大41MWの入射パワーで100秒間の運転を予定して設計を進めている。一方、炭素繊維材を使用した強制冷却ダイバータ板への最大熱流負荷は15MW/mであり、現在のトカマク装置を超えた大きな熱流を低減するダイバータ設計が必要となった。さらに、重水素運転を行うため、すべてのダイバータ要素をカセットに納められるよう小型化する必要がある。本発表では、おもに、ITER相似の主プラズマ配位で実験を行うため設計された下側ダイバータの物理設計についてシミュレーション結果を中心に述べる。一般に外側ダイバータへの熱流束が大きいため、ダイバータ板の角度を垂直にするとともにドーム部の排気溝の位置を高くした「V型形状」にすることにより、ストライク点付近の中性ガス圧が増加し非接触プラズマが生成しやすい設計とした。ガスパフを行うことによりダイバータ板への最大熱負荷は8MW/m程度まで低減できる。さらに、ガスパフを増加し放射損失が増加した場合、V型形状ダイバータでは、ストライク点を高くすることにより非接触ダイバータを接触ダイバータへ戻す制御が可能であることを示した。

Divertor design for the JT-60 SA has been progressing in order to handle large heat flux during full pulse duration of 100 s. Divertor should be suitable for single null plasma experiments with the full power injection of 41 MW. The simulation results using 2D fluid (plasma) and Monte-Carlo (neutral) code are summarized. Lower single-null divertor is designed for ITER-like plasma configuration in order to study physics concept of the ITER divertor: control of the plasma detachment. Simulation results for various divertor geometries showed that the vertical target with V-shaped corner can produce plasma detachment near the outer strike-point for medium edge plasma density. It was also demonstrated that the divertor plasma became attached to move the outer strike point above the V-corner, suggesting that recover from sever detachment can be achieved by changing the plasma location. USN divertor will be designed for high- plasma experiments with the highest shaping plasma of S=6.